WO2006134665A1 - 錫を主成分とする皮膜が形成された部材、皮膜形成方法、及びはんだ処理方法 - Google Patents

錫を主成分とする皮膜が形成された部材、皮膜形成方法、及びはんだ処理方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a member on which a coating containing tin as a main component is formed, and more particularly to a plated member used as a substitute for tin lead plating.
  • the present invention also relates to a method for producing this film and a method for soldering this member.
  • tin-lead soldering has been applied to connector terminals, lead frames for semiconductor integrated circuits, and the like.
  • tin-lead soldering instead of tin-lead soldering, tin-free tin (Sn) plating, tin-copper (Sn-Cu) alloy plating, tin-bismuth (Sn— Bi) alloy plating, tin-silver (Sn-Ag) alloy plating, etc. are being used.
  • Patent Document 1 below discloses a technique for performing Sn-Cu alloy plating.
  • whisker force when a film is formed of the above-mentioned alloy that does not contain lead, a tin-like crystal called a whisker force is likely to be generated. When the force is generated and grows, an electrical short-circuit failure may occur between adjacent electrodes.
  • whisker is about 1 ⁇ m, and the length of the whisker can reach 1000 m or more, so it is possible for the whisker force to detach from the film and scatter. The scattered whiskers cause a short circuit failure inside and outside the device.
  • One of the causes of the generation of the Wis force is the internal stress of the plating film.
  • the internal stress of the plating film is the distortion caused by lattice mismatch between the underlying metal film and the plating film, the distortion caused by the eutectoid of the plating solution additive, and the refinement of crystal grains due to the brightener added to the plating solution. It is stored due to distortion caused by. It is said that the greater the internal stress of the plating film, that is, the greater the strain, the faster recrystallization will take place and the easier it is to grow the Wis power.
  • the internal stress can be relieved by performing matte or semi-gloss plating using a plating solution in which the brightener is extremely reduced.
  • the use of heat treatment at about 150 ° C after plating to relieve stress reduces the generation of twisting force. The effect has been confirmed.
  • Patent Document 1 JP 2001-26898 A
  • An object of the present invention is to provide a member having a film that can suppress the generation of a whisker force. Another object of the present invention is to provide a method for producing this coating. Yet another object of the present invention is to provide a method of soldering this member.
  • the substrate is configured to include a plurality of crystal grains that are disposed on the surface of the substrate and have tin or tin alloy strength.
  • a member having a film on which an intermetallic compound is formed is provided.
  • a step of forming a base layer containing a first metal that forms an intermetallic compound with tin on a substrate, and tin or tin on the base layer A step of forming a film by attaching an alloy; and the first metal in the underlayer diffuses into the crystal grain boundary of the film, and tin and the first metal enter the crystal grain boundary of the previous film. And a step of performing a heat treatment under the condition that an intermetallic compound is formed.
  • a substrate and a coating formed on the surface of the substrate are configured, and the coating includes a plurality of crystal grains made of tin or a tin alloy.
  • a solder terminal in which an intermetallic compound of tin and the first metal is formed at the crystal grain boundary, at least 0.85 times the melting point of the crystal grain of the film expressed in absolute temperature 1 There is provided a solder processing method comprising a step of heat-treating at a temperature less than 0 times to move the intermetallic compound to the substrate side, and a step of placing molten solder on the surface of the solder terminal.
  • the invention's effect [0012] When an intermetallic compound is formed at the crystal grain boundary of the coating, the movement of tin atoms across the crystal grain is limited. For this reason, the growth of the Wis power can be suppressed. By carrying out heat treatment before placing the solder and moving the intermetallic compound to the substrate side, it is possible to prevent the wettability of the solder from being deteriorated due to the influence of the intermetallic compound.
  • a substrate 1 for forming a film is prepared.
  • the substrate 1 used in the examples is a 28-pin connector terminal material made of phosphor bronze.
  • the substrate 1 is subjected to cathodic electrolytic degreasing treatment.
  • an electrolytic degreasing agent for example, cleaner 160 manufactured by Meltex Co., Ltd. can be used.
  • the processing temperature is 65 ° C
  • the current density is 2.5 AZdm 2
  • the processing time is 30 seconds.
  • the substrate 1 is washed with water.
  • the substrate 1 is chemically polished.
  • a polishing agent 50% CPB40 manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Co., Ltd. can be used.
  • the temperature of the drug is about room temperature and the immersion time is 20 seconds.
  • the substrate 1 is washed with water.
  • a base layer 2 having a nickel (Ni) force is formed on the surface of the substrate 1 by electroplating.
  • the plating solution for example, a solution in which 370 gZL of nickel sulfamate, 10 gZL of nickel chloride, and 40 gZL of boric acid can be used.
  • the temperature of the plating solution is 50 ° C
  • the current density is 2AZdm 2
  • the plating time is 360 seconds. Under these conditions, an underlayer 2 having a thickness of about 2 m is formed.
  • the underlayer 2 After the underlayer 2 is formed, it is washed with water and subjected to an acid activation treatment.
  • the acid activation treatment is performed by immersing in a treatment solution composed of 10% sulfuric acid at room temperature for 30 seconds. Wash with water after acid activation treatment.
  • FIG. 1 (B) Sn coating is performed on the surface of the underlayer 2 to form a film 3 made of Sn.
  • the plating solution for example, PF-ACID with a concentration of 5% manufactured by Ishihara Pharmaceutical Co., Ltd. can be used.
  • the processing temperature is room temperature and the processing time is 15 seconds. Under this condition, a film 3 having a thickness of about 3 ⁇ m is formed.
  • the film 3 is composed of a plurality of crystal grains 3a as schematically shown in FIG. After film 3 is formed, heat treatment is performed at 70 ° C for 8 minutes.
  • FIG. 1C shows a cross-sectional view after the heat treatment. Ni atoms constituting the underlayer 2 diffuse along the grain boundaries of the crystal grains 3a, and an intermetallic compound 3b of tin and nickel is formed at the crystal grain boundaries and at the interface between the underlayer 2 and the coating 3.
  • Figure 2 (A) shows a micrograph of the cross section of the connector terminal material produced by the method according to the above example.
  • a phosphor bronze substrate 1, a nickel underlayer 2, and a tin coating 3 are observed. It can be seen that the skin film 3 is composed of a plurality of crystal grains, and Sn—Ni intermetallic compounds are formed at the crystal grain boundaries and at the interface between the film 3 and the underlayer 2.
  • FIG. 2 (B) shows a micrograph of the surface after the Sn crystal grains are removed by etching with acid.
  • Sn—Ni intermetallic compound is not etched and remains. It can be seen that the intermetallic compound is in the form of flakes that are spread out in the shape of a plane that is not dotted or linear.
  • Whisker grows when Sn recrystallizes. Recrystallization is a phenomenon in which crystal grains with residual internal stress are replaced with new crystals by the formation of new crystal nuclei without internal strain and grain growth. When a whisker force is generated in a crystal grain, whisker grows longer by supplying the crystal force Sn atom adjacent to the crystal grain. In the above example, the flaky intermetallic compound 3b formed at the crystal grain boundary prevents the movement of Sn atoms. For this reason, even if a whistle force is generated, its growth stops immediately.
  • Sn atoms have a faster diffusion rate along the grain boundaries than the diffusion rate in the crystal grains. For this reason, normally, the growth of the whisker force proceeds as Sn atoms diffuse along the grain boundaries.
  • the intermetallic compound 3b formed at the grain boundary suppresses the diffusion of Sn atoms. For this reason, it is possible to prevent the growth of the power of Wiis.
  • the intermetallic compound 3b formed at the crystal grain boundary takes in Sn atoms to be diffused along the grain boundary. For this reason, it is possible to suppress the formation of Sn growth nuclei at the grain boundaries. These synergistic effects can suppress the generation and growth of the force.
  • the crystal grains constituting the film 3 are formed of Sn, but may be formed of other Sn alloys containing Sn as a main component. For example, it may be formed of Sn—Cu alloy (Cu content 2%), Sn—Bi alloy (Bi content 2%), or the like.
  • a film having Sn—Cu alloy strength can be formed using, for example, a plating solution soft alloy GTC-21 manufactured by Uemura Kogyo Co., Ltd.
  • Sn- Bi alloy strength becomes coatings, for example, using Ishihara plating solution PF-TIN15 Co., Ltd., PF-BI15, and PF- ACID of mixed-solution, temperature 25 ° C, at a current density 2AZdm 2 Can be formed.
  • male and female connectors were produced using the connector terminal material produced by the method according to the example and the conventional example.
  • the male and female connectors were mated and allowed to stand at room temperature for 4000 hours, and then the surfaces of these samples were observed with a microscope with a magnification of 100 times, and when a whisker was found, detailed observation was performed with a higher magnification microscope. .
  • Samples A1 to A3 represent samples prepared by the method according to the above example, that is, a sample in which the Ni underlayer 2 is arranged.
  • Sample A1 is a film 3 formed of Sn
  • sample A2 is a Sn—Cu alloy.
  • Sample A3 was formed of Sn—Bi alloy.
  • the base layer 2 was not disposed and the film was formed of Sn.
  • the thickness of the film was set to be any sample.
  • the heat treatment conditions for forming the intermetallic compound were a temperature of 70 ° C and a treatment time of 8 minutes.
  • the vertical axis in FIG. 3 represents the number of detected Wis forces.
  • the bar graphs on the left and right sides of each sample column indicate the number of whisker forces with a length of 30 ⁇ m or more and the number of whistle forces with a length of less than 30 ⁇ m, respectively.
  • Fig. 4 (A) shows a micrograph of the surface of sample A1
  • Fig. 4 (B) shows a micrograph of the surface of sample B.
  • whisker force is not observed, but in sample B Oh! Long, the power of Wishes is formed, and it is very powerful.
  • a base layer 2 made of Ni is formed between the base material 1 and the film 3, and Sn is formed at the crystal grain boundary of the film 3. — Formation of Ni intermetallic compound 3b can suppress the generation of whistle force.
  • the underlayer 2 is formed of Ni, thereby forming the Sn-Ni intermetallic compound 3b.
  • the underlayer 2 is formed of a metal other than Ni that forms an intermetallic compound with Sn.
  • metals include gold (Au), copper (Cu), silver (Ag), and palladium (Pd).
  • Au gold
  • Cu copper
  • Ag silver
  • Pd palladium
  • the flaky intermetallic compound 3b formed at the crystal grain boundary of the film 3 may contain an element that forms a solid solution with Sn.
  • an element that forms a solid solution with Sn By forming an element that forms a solid solution with Sn to form a solid solution, the ability of the intermetallic compound 3b to capture Sn is enhanced, and the effect of suppressing the generation of the whisking force can be further enhanced.
  • Elements that form a solid solution with Sn include gold (Au), bismuth (Bi), antimony (Sb), indium (In), zinc (Zn), lead (Pb), and aluminum (A1).
  • a heat treatment for forming the Sn-Ni intermetallic compound 3b at 70 ° C for 8 minutes can be employed. is there.
  • the heat treatment temperature is set to 0.65 to 0.80 times the melting point of the crystal grains constituting the film 3, and the heat treatment time is set to 3 minutes to 30 minutes. I liked this, and it was very powerful.
  • Ni atoms in the underlayer 2 are sufficient to diffuse along the grain boundaries of the coating 3 to the surface thereof.
  • the underlayer 2 is formed of Ni and the coating 3 is formed of Sn, Ni atoms can be diffused to the surface of the coating 3 by satisfying the following conditions.
  • D is the thickness of the film expressed in the unit “m”
  • T is the heat treatment temperature expressed in absolute temperature
  • t is the heat treatment time expressed in unit “s”.
  • the thickness of the underlayer 2 may be about 2 m, or other thicknesses. However, it is preferable that the film thickness be such that Ni atoms sufficient to form the flaky intermetallic compound 3b reaching the upper surface of the film 3 can be supplied.
  • the melting point of the crystal grains constituting the coating 3 is expressed as 0.
  • Heat treatment is performed at a temperature of 85 times or more.
  • the Sn—Ni intermetallic compound formed at the crystal grain boundaries moves toward the interface between the underlayer 2 and the coating 3 in a directed manner.
  • solder processing is performed. Since the intermetallic compound has moved to the base layer 2 side, the intermetallic compound does not adversely affect the solder wettability of the surface of the coating 3.
  • This heat treatment needs to be performed at a temperature lower than the melting point of the substrate 1. Furthermore, it is preferable to carry out at a temperature lower than the melting point of the crystal grains constituting the coating 3.
  • the phosphor bronze base material 1 is used, but a base material formed of other materials can also be used.
  • a coating film was formed using a brass base material in the same manner as in the above example, the generation of the twist force could be suppressed as in the case of the example.
  • the case where the connector terminal material is manufactured has been described as an example.
  • the method of forming a film according to the above-described embodiment can be applied to the formation of a film on other metal members. it can.
  • the present invention can be applied to the production of a lead frame for a semiconductor integrated circuit.
  • FIG. 1A to FIG. 1C are cross-sectional views of a base material and a film for explaining a method of forming a film according to an example.
  • FIG. 2A is a photomicrograph of the cross section of the film produced by the method according to the example
  • FIG. 2B is a photomicrograph of the substrate surface after etching the crystal grains of the film.
  • FIG. 3 is a graph showing the number of occurrences of the twist force of the connector terminal material on which a film is formed by the method according to the embodiment and the method according to the conventional example.
  • FIG. 4A and FIG. 4B are photomicrographs of the film surface after leaving the film formed by the methods according to Examples and Conventional Examples, respectively.

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Description

錫を主成分とする皮膜が形成された部材、皮膜形成方法、及びはんだ処 理方法
技術分野
[0001] 本発明は、錫を主成分とする皮膜が形成された部材に関し、特に錫鉛めつきの代 替品として用いられるめっきを施した部材に関する。また、本発明は、この皮膜の作 製方法、及び、この部材のはんだ処理方法に関する。
背景技術
[0002] 従来、コネクタ用端子、半導体集積回路用のリードフレーム等に、錫 鉛はんだめ つきが施されていた。しかし、近年、環境保護の観点から、錫—鉛はんだめつきに代 わって、鉛を含まない錫(Sn)めっき、錫—銅(Sn— Cu)合金めつき、錫—ビスマス( Sn— Bi)合金めつき、錫—銀 (Sn—Ag)合金めつき等の使用が検討されている。下 記の特許文献 1に、 Sn—Cu合金めつきを行う技術が開示されている。
[0003] ところが、鉛を含まな ヽ上述の合金で皮膜を形成すると、ゥイス力と呼ばれる錫のひ げ状結晶を発生しやすくなる。ゥイス力が発生し、成長すると、隣接する電極間で電 気的な短絡障害を起こすことがある。また、ウイスカは約 1 μ m程度と細ぐ長さは 100 0 m以上に達することもあるため、ゥイス力が皮膜から脱離して飛散することもあり得 る。飛散したウイスカは、装置内外で短絡障害を引き起こす原因になる。
[0004] ゥイス力の発生原因のひとつとして、めっき皮膜の内部応力が挙げられる。この内部 応力を駆動力として錫が再結晶化する際に、ゥイス力が成長する。めっき皮膜の内部 応力は、下地の金属膜とめっき皮膜との格子不整合による歪、めっき液の添加剤が 共析することに伴う歪、めっき液に添加される光沢剤による結晶粒の微細化に起因 する歪等によって蓄えられる。めっき皮膜の内部応力、すなわち歪が大きいほど、短 時間に再結晶化が進み、ゥイス力が成長しやす 、と言われて 、る。
[0005] 光沢剤を極端に減らしためっき液を用いて無光沢めつき、あるいは半光沢めつきを 行うことにより、内部応力を緩和させることができる。また、めっき後に 150°C程度で熱 処理を行って応力を緩和させる手法を採用することにより、ゥイス力の発生を抑制する 効果が確認されている。
[0006] 特許文献 1 :特開 2001— 26898号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] めっき皮膜中の内部応力を緩和させることにより、ウイスカ発生を抑制することが期 待される。ところが、ウイスカ発生をある程度抑制することはできる力 その効果が十 分であるとはいえない。
[0008] 本発明の目的は、ゥイス力の発生を抑制することができる皮膜を有する部材を提供 することである。本発明の他の目的は、この皮膜を作製する方法を提供することであ る。本発明のさらに他の目的は、この部材にはんだ処理を行う方法を提供することで ある。
課題を解決するための手段
[0009] 本発明の一観点によると、基材と、前記基材の表面上に配置され、錫または錫合金 力 なる複数の結晶粒を含んで構成され、結晶粒界に、錫と第 1の金属との金属間 化合物が形成されている皮膜とを有する部材が提供される。
[0010] 本発明の他の観点によると、基材の上に、錫と金属間化合物を形成する第 1の金属 を含む下地層を形成する工程と、前記下地層の上に、錫または錫合金をめつきする ことにより皮膜を形成する工程と、前記皮膜の結晶粒界に前記下地層中の前記第 1 の金属が拡散し、前期皮膜の結晶粒界に、錫と前記第 1の金属との金属間化合物が 形成される条件で熱処理を行う工程とを有する皮膜作製方法が提供される。
[0011] 本発明のさらに他の観点によると、基材、及び該基材の表面上に形成された皮膜 を含んで構成され、該皮膜は、錫または錫合金カゝらなる複数の結晶粒を含み、結晶 粒界に、錫と第 1の金属との金属間化合物が形成されているはんだ用端子を、該皮 膜の結晶粒の、絶対温度で表した融点の 0. 85倍以上 1. 0倍未満の温度で熱処理 し、該金属間化合物を前記基材側へ移動させる工程と、前記はんだ用端子の表面 に、溶融したはんだを載せる工程とを有するはんだ処理方法が提供される。
発明の効果 [0012] 皮膜の結晶粒界に金属間化合物を形成すると、結晶粒に跨った錫原子の移動が 制限される。このため、ゥイス力の成長を抑制することができる。はんだを載せる前に 熱処理して、金属間化合物を基材側へ移動させることにより、金属間化合物の影響 を受けてはんだの濡れ性が低下することを防止することができる。
発明を実施するための最良の形態
[0013] 図 1を参照して、実施例による皮膜作製方法について説明する。
[0014] 図 1 (A)に示すように、皮膜を形成する基材 1を準備する。実施例で用いた基材 1 は、リン青銅製の 28ピンのコネクタ端子材である。まず、めっきの前処理として、基材 1に対して陰極電解脱脂処理を行う。電解脱脂剤として、例えばメルテックス株式会 社製のクリーナ 160を用いることができる。一例として、処理温度を 65°C、電流密度 を 2. 5AZdm2、処理時間を 30秒とする。電解脱脂処理後、基材 1を水洗する。
[0015] 次に、基材 1をィ匕学研磨する。研磨用薬剤として、三菱ガス化学株式会社製の 50 %CPB40を用いることができる。一例として、薬剤の温度をほぼ室温とし、浸漬時間 を 20秒とする。化学研磨後、基材 1を水洗する。
[0016] 基材 1の表面に、電解めつきにより、ニッケル (Ni)力もなる下地層 2を形成する。め つき液として、例えばスルファミン酸ニッケル 370gZL、塩化ニッケル 10gZL、ホウ 酸 40gZLを混合した溶液を用いることができる。一例として、めっき液の温度を 50°C 、電流密度を 2AZdm2、めっき時間を 360秒とする。この条件で、膜厚約 2 mの下 地層 2が形成される。
[0017] 下地層 2を形成した後、水洗し、酸活性処理を行う。酸活性処理は、濃度 10%の硫 酸からなる処理液に、室温で 30秒間浸漬させることにより行われる。酸活性処理の後 、水洗する。
[0018] 図 1 (B)〖こ示すように、下地層 2の表面上に Snめっきを行うことにより、 Snからなる 皮膜 3を形成する。めっき液として、例えば石原薬品株式会社製の濃度 5%の PF— ACIDを用いることができる。一例として、処理温度を室温とし、処理時間を 15秒とす る。この条件で、厚さ約 3 μ mの皮膜 3が形成される。皮膜 3は、図 1 (B)に模式的に 示すように、複数の結晶粒 3aにより構成される。皮膜 3を形成した後、温度 70°Cで 8 分間の熱処理を行う。 [0019] 図 1 (C)に、熱処理後の断面図を示す。下地層 2を構成する Ni原子が結晶粒 3aの 粒界に沿って拡散し、結晶粒界、及び下地層 2と皮膜 3との界面に、錫とニッケルとの 金属間化合物 3bが形成される
図 2 (A)に、上記実施例による方法で作製したコネクタ端子材の断面の顕微鏡写 真を示す。リン青銅の基材 1、ニッケルの下地層 2、及び錫の皮膜 3が観察される。皮 膜 3は、複数の結晶粒で構成されており、結晶粒界、及び皮膜 3と下地層 2との界面 に、 Sn—Ni金属間化合物が形成されていることがわかる。
[0020] 図 2 (B)に、 Snの結晶粒を酸でエッチング除去した後の表面の顕微鏡写真を示す 。 Sn— Ni金属間化合物がエッチングされず、残留している。金属間化合物は、点状 または線状ではなぐ面状に広がった薄片状 (フレーク状)になっていることがわかる
[0021] 皮膜 3の結晶粒界に薄片状の Sn— Ni金属間化合物が形成されることにより、ゥイス 力の発生を抑制することができる。以下、ゥイス力の発生が抑制される理由について 説明する。
[0022] ウイスカは、 Snが再結晶化することにより成長する。再結晶化は、内部応力が残留 している結晶粒が、内部歪のない新しい結晶核の生成と、粒成長とによって新しい結 晶に置き換わる現象である。ある結晶粒カもゥイス力が発生すると、その結晶粒に隣 接する結晶粒力 Sn原子が供給され、ウイスカがより長く成長する。上記実施例にお いては、結晶粒界に形成された薄片状の金属間化合物 3bが、 Sn原子の移動を妨げ る。このため、ゥイス力が発生したとしても、その成長が直ちに停止する。
[0023] また、 Sn原子は、結晶粒内における拡散の速度に比べて粒界に沿う拡散の速度が 速い。このため、通常は、結晶粒界に沿って Sn原子が拡散することにより、ゥイス力の 成長が進む。実施例による方法で作製した皮膜 3においては、結晶粒界に形成され た金属間化合物 3bが Sn原子の拡散を抑制する。このため、ゥイス力の成長を防止す ることがでさる。
さらに、結晶粒界に形成された金属間化合物 3bが、粒界に沿って拡散しょうとする S n原子を取り込む。このため、粒界での Snの成長核の生成を抑制することができる。 これらの相乗効果により、ゥイス力の生成及び成長を抑制することができる。 上記実施例では、皮膜 3を構成する結晶粒を Snで形成したが、その他 Snを主成分 とする Sn合金で形成してもよい。例えば、 Sn— Cu合金(Cuの含有量 2%)、 Sn— Bi 合金 (Biの含有量 2%)等で形成してもよい。 Sn— Cu合金力もなる皮膜は、例えば、 上村工業株式会社製のめっき液ソフトァロイ GTC— 21を用い、温度 30°C、電流密 度 3AZdm2の条件で形成することができる。 Sn— Bi合金力もなる皮膜は、例えば、 石原薬品株式会社製のめっき液 PF—TIN15、 PF-BI15,及び PF— ACIDの混 合液を用い、温度 25°C、電流密度 2AZdm2の条件で形成することができる。
[0024] 次に、図 3を参照して、上記実施例による皮膜の作製方法の効果を評価した結果 について説明する。実施例及び従来例による方法で作製したコネクタ端子材を用い て、雌雄のコネクタを作製した。この雌雄のコネクタを勘合させ、常温で 4000時間放 置した後、これらの試料の表面を倍率 100倍の顕微鏡で観察し、ウイスカを発見した 時点でより高倍率の顕微鏡で詳細な観察を行った。
[0025] 図 3の横軸は、 4つの試料 A1〜A3及び Bごとに区分されている。試料 A1〜A3は 、上記実施例による方法で作製した試料、すなわち Niの下地層 2を配置した試料を 表し、試料 A1は、皮膜 3を Snで形成したもの、試料 A2は、 Sn—Cu合金で形成した もの、試料 A3は、 Sn—Bi合金で形成したものである。試料 Bは、下地層 2を配置せ ず、皮膜を Snで形成したものである。なお、皮膜の厚さは、いずれの試料においても とした。また、試料 A1〜A3においては、金属間化合物を形成するための熱処 理条件を、温度 70°C、処理時間 8分とした。
[0026] 図 3の縦軸は、検出されたゥイス力の本数を表す。各試料の欄の左側及び右側の 棒グラフは、それぞれ長さが 30 μ m以上のゥイス力の本数、及び長さが 30 μ m未満 のゥイス力の本数を示す。
[0027] 試料 A1〜A3においては、長さ 30 μ m以上のゥイス力の発生は 0本であった。これ に対し、下地層を形成していない試料 Bにおいては、長さ 30 m以上のゥイス力が 5 本発生した。また、長さ 30 /z m未満のゥイス力の本数も、下地層を配置した試料 A1 〜A3の方が、下地層を配置していない試料 Bに比べて、著しく少ないことがわかる。
[0028] 図 4 (A)に、試料 A1の表面の顕微鏡写真を示し、図 4 (B)に、試料 Bの表面の顕微 鏡写真を示す。試料 A1においては、ゥイス力が観察されていないのに対し、試料 Bに お!、ては、長 、ゥイス力が形成されて 、ることがわ力る。
[0029] 図 3及び図 4に示した評価結果からわ力るように、基材 1と皮膜 3との間に、 Niからな る下地層 2を形成し、皮膜 3の結晶粒界に Sn— Ni金属間化合物 3bを形成することに より、ゥイス力の発生を抑制することができる。
[0030] 上記実施例では、下地層 2を Niで形成することにより、 Sn— Ni金属間化合物 3bを 形成したが、下地層 2を、 Snと金属間化合物を形成する Ni以外の金属で形成しても よ!、。このような金属として、金 (Au)、銅 (Cu)、銀 (Ag)、パラジウム (Pd)が挙げられ る。なお、相互拡散係数が高ぐ結晶状態が安定であるという観点から、 Sn— Ni金属 間化合物を用いることが好まし 、。
[0031] 皮膜 3の結晶粒界に形成する薄片状の金属間化合物 3bに、 Snと固溶体を形成す る元素を含有させてもよい。 Snと固溶体を形成する元素を含有させて固溶体を形成 することにより、金属間化合物 3bが Snを捕獲する能力が高まり、ゥイス力の発生抑制 効果をより高めることができる。 Snと固溶体を形成する元素として、金 (Au)、ビスマス (Bi)、アンチモン(Sb)、インジウム(In)、亜鉛 (Zn)、鉛(Pb)、アルミニウム (A1)が挙 げられる。
[0032] 上記実施例では、皮膜 3を形成した後、 Sn— Ni金属間化合物 3bを形成するため の熱処理を、 70°Cで 8分間行った力 その他の熱処理条件を採用することも可能で ある。本願発明者の評価実験によると、熱処理温度を、皮膜 3を構成する結晶粒の、 絶対温度で表した融点の 0. 65倍〜 0. 80倍とし、熱処理時間を 3分〜 30分とするこ とが好まし 、ことがわ力つた。
[0033] また、下地層 2の Ni原子が、皮膜 3の粒界に沿ってその表面まで拡散するのに十 分であれば、その他の熱処理条件を採用することも可能である。例えば、下地層 2を Niで形成し、皮膜 3を Snで形成する場合、下記の条件を満足することにより、 Ni原子 を皮膜 3の表面まで拡散させることができる。
D≤ (3. 8 X 10"6 X exp ( - 6520/Τ) X t) 1/2
ここで、 Dは、単位「m」で表した皮膜の厚さ、 Tは、絶対温度で表した熱処理温度、 t は、単位「s」で表した熱処理時間である。
[0034] 上記実施例では、下地層 2の厚さを約 2 mとした力 その他の膜厚としてもよい。 ただし、皮膜 3の上面まで達する薄片状の金属間化合物 3bを形成するのに十分な N i原子を供給することができる程度の膜厚にすることが好ましい。
[0035] 次に、上記実施例による方法で作製したコネクタ端子材の表面にはんだ処理を行う 方法について説明する。
[0036] はんだ処理を行う前に、皮膜 3を構成する結晶粒の、絶対温度で表した融点の 0.
85倍以上の温度で熱処理を行う。この熱処理により、結晶粒界に形成されていた Sn —Ni金属間化合物が、下地層 2と皮膜 3との界面に向力つて移動する。その後、はん だ処理を行う。金属間化合物が下地層 2側に移動しているため、金属間化合物は、 皮膜 3の表面のはんだ濡れ性に悪影響を与えない。この熱処理は、基材 1の融点未 満で行う必要がある。さらに、皮膜 3を構成する結晶粒の融点未満の温度で行うこと が好ましい。
[0037] 実施例による方法で皮膜を形成したコネクタ端子材を、温度 150°Cで 10分間熱処 理した後、その表面にはんだを載せた結果、良好なはんだ濡れ性が得られることが 確認できた。
[0038] 上記実施例では、リン青銅の基材 1を用いたが、その他の材料で形成された基材を 用いることも可能である。一例として、黄銅の基材を用いて、上記実施例と同様の方 法で皮膜を形成したところ、実施例の場合と同様にゥイス力の発生を抑制することが できた。
[0039] また、上記実施例では、コネクタ端子材を作製する場合を例にとって説明を行った 力 上記実施例による皮膜の形成方法は、その他の金属部材への皮膜の形成にも 適用することができる。例えば、半導体集積回路用のリードフレームの作製にも適用 することができる。
[0040] 以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものでは ない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であ ろう。
図面の簡単な説明
[0041] [図 1]図 1A〜図 1Cは、実施例による皮膜の形成方法を説明するための基材及び皮 膜の断面図である。 [図 2]図 2Aは、実施例による方法で作製した皮膜の断面の顕微鏡写真であり、図 2B は、皮膜の結晶粒をエッチングした後の基材表面の顕微鏡写真である。
[図 3]図 3は、実施例による方法、及び従来例による方法で皮膜を形成したコネクタ端 子材のゥイス力発生本数を示すグラフである。
[図 4]図 4A及び図 4Bは、それぞれ実施例及び従来例による方法で形成した皮膜を 放置した後における皮膜表面の顕微鏡写真である。
符号の説明
1 基材
2 下地層
3 皮膜
3a 結晶粒
3b 金属間化合物

Claims

請求の範囲
[1] 基材と、
前記基材の表面上に配置され、錫または錫合金力 なる複数の結晶粒を含んで構 成され、結晶粒界に、錫と第 1の金属との金属間化合物が形成されている皮膜と を有する部材。
[2] さらに、前記基材と前記皮膜との間に配置され、前記第 1の金属を含む下地層を有 する請求項 1に記載の部材。
[3] 前記皮膜の結晶粒界に形成された金属間化合物は薄片状である請求項 1または 2 に記載の部材。
[4] 前記第 1の金属がニッケルである請求項 1〜3のいずれかに記載の部材。
[5] 前記金属間化合物に、錫と固溶体を形成する元素が含有されて固溶体を形成して
V、る請求項 1〜4の 、ずれかに記載の部材。
[6] 前記錫と固溶体を形成する元素が、銅、金、ビスマス、アンチモン、インジウム、亜 鉛、ノ《ラジウム、鉛、アルミニウム力もなる群より選択された少なくとも 1つの金属であ る請求項 5に記載の部材。
[7] 基材の上に、錫と金属間化合物を形成する第 1の金属を含む下地層を形成するェ 程と、
前記下地層の上に、錫または錫合金をめつきすることにより皮膜を形成する工程と 前記皮膜の結晶粒界に前記下地層中の前記第 1の金属が拡散し、前期皮膜の結 晶粒界に、錫と前記第 1の金属との金属間化合物が形成される条件で熱処理を行う 工程と
を有する皮膜作製方法。
[8] 前記第 1の金属がニッケルである請求項 7に記載の皮膜作製方法。
[9] 前記熱処理工程は、前記皮膜を構成する結晶粒の、絶対温度で表した融点の 0.
65倍〜 0. 80倍の温度で熱処理を行う請求項 7または 8に記載の皮膜作製方法。
[10] 基材、及び該基材の表面上に形成された皮膜を含んで構成され、該皮膜は、錫ま たは錫合金からなる複数の結晶粒を含み、結晶粒界に、錫と第 1の金属との金属間 化合物が形成されているはんだ用端子を、該皮膜の結晶粒の、絶対温度で表した融 点の 0. 85倍以上の温度で熱処理し、該金属間化合物を前記基材側へ移動させる 工程と、
前記はんだ用端子の表面に、溶融したはんだを載せる工程と
を有するはんだ処理方法。
[11] 前記はんだ用端子は、さらに、前記基材と前記皮膜との間に形成され、前記第 1の 金属元素を含む下地層を有する請求項 10に記載のはんだ処理方法。
[12] 前記第 1の金属がニッケルである請求項 10または 11に記載のはんだ処理方法。
[13] 前記金属間化合物は薄片状である請求項 10〜12のいずれかに記載のはんだ処 理方法。
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